DE102014204208A1

DE102014204208A1 - Selektives aktualisieren von batterieparameterschätzungen

Info

Publication number: DE102014204208A1
Application number: DE102014204208.9A
Authority: DE
Inventors: Yonghua Li; Xu Wang
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2013-03-14
Filing date: 2014-03-07
Publication date: 2014-10-02
Also published as: US20140266059A1; CN104044478A; CN104044478B

Abstract

Ein Fahrzeug wird mit einer Elektromaschine versehen, die zum Bereitstellen eines Antriebsmoments gestaltet ist, und mit einer Batterie zum Zuleiten von Leistung zur Elektromaschine. Das Fahrzeug enthält auch eine Steuerung, die zum Schätzen vorliegender Batterieparameter, basierend auf einem Eingang gestaltet ist, der die durch die Batterie zugeleitete Leistung angibt. Die Steuerung ist auch zum Erzeugen eines Ausgangs gestaltet, der eine Batterieleistungsfähigkeit angibt, basierend auf dem Eingang und vorherigen Batterieparametern, als Reaktion darauf, dass eine Änderungsrate einer Leistungskomponente kleiner als eine Untergrenze ist.

Description

Eine oder mehrere Ausführungsform(en) betreffen ein Fahrzeugsystem zum selektiven Aktualisieren von Batterieparameterschätzungen.
In Fahrzeugen mit einem Traktionsbatteriesystem, wie in einem Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV), Steckdosen-Hybrid-Elektrofahrzeug (PHEV) oder Batterie-Elektrofahrzeug (BEV), werten Fahrzeugsteuerungen einen Ladezustand der Batterie (State of Charge (SOC)) aus, und wieviel Leistung die Batterie zur Verfügung stellen (entladen) oder erhalten (laden) kann, um den Anforderungen des Lenkers zu entsprechen und um die Energienutzung (die Leistungsgrenze) zu optimieren. Eine Batterie kann durch ein Ersatzschaltungsmodell (ECM) mit Batterie-ECM-Parametern (Schaltungselementen) dargestellt werden, die Batterieeigenschaften darstellen. SOC und Leistungsfähigkeit können basierend auf den Batterie-ECM-Parametern berechnet werden.
Ein Batteriemanagementsystem kann auch den SOC als eine Prozentzahl der verfügbaren Ladung im Vergleich zu einer maximalen Ladekapazität berechnen. Eine solche Methode zur Berechnung des SOC ist die Amperestunden-Integrationsmethode. Ein Batteriemanagementsystem kann zum Beispiel die Batterieleistungsgrenze basierend auf Batteriealter, Temperatur und SOC berechnen. Der SOC und die Batterieleistungsgrenzen können dann verschiedenen anderen Fahrzeugsteuerungen, zum Beispiel durch eine Fahrzeugsystemsteuerung (VSC), bereitgestellt werden, so dass die Informationen von Systemen genutzt werden können, die Leistung von der Traktionsbatterie ziehen oder dieser bereitstellen können.
In einer Ausführungsform verfügt ein Fahrzeug über eine elektrische Maschine, die zum Bereitstellen eines Antriebsmoments gestaltet ist, und eine Batterie, um der elektrischen Maschine Leistung zuzuleiten. Das Fahrzeug beinhaltet auch eine Steuerung, die zum Schätzen vorliegender Batterieparameter gestaltet ist, basierend auf einem Eingang, der die durch die Batterie zugeleitete Leistung anzeigt. Die Steuerung ist auch zum Erzeugen eines Ausgangs gestaltet, der eine Batterieleistungsfähigkeit basierend auf dem Eingang und vorausgehenden Batterieparametern anzeigt, als Reaktion darauf, dass eine Änderungsrate einer Leistungskomponente kleiner als eine Untergrenze ist.
In einer anderen Ausführungsform ist ein Fahrzeug mit einer Batterie zur Leistungsversorgung und einer Steuerung versehen. Die Steuerung ist für den Empfang eines ersten Eingangs, der eine erste Batterieleistung anzeigt, und für den Empfang eines zweiten Eingangs, der eine zweite Batterieleistung anzeigt, gestaltet. Die Steuerung ist ferner zum Erzeugen eines Ausgangs gestaltet, der eine Batterieleistungsfähigkeit anzeigt, basierend auf dem zweiten Eingang und vorangehenden Batterieparametern, basierend auf dem ersten Eingang, in Reaktion darauf, dass eine Änderungsrate einer Komponente des zweiten Eingangs kleiner als eine Untergrenze ist.
In noch einer anderen Ausführungsform ist ein Verfahren zum Steuern eines Hybridfahrzeugs vorgesehen. Ein erster Eingang wird erhalten, der eine erste Batterieleistung anzeigt. Ein zweiter Eingang wird erhalten, der eine zweite Batterieleistung anzeigt. Die Batterieleistungsfähigkeit wird basierend auf dem zweiten Eingang und einer Schätzung der ersten Batterie-ECM-Parameter, basierend auf dem ersten Eingang, in Reaktion darauf, dass eine Änderungsrate einer Komponente des zweiten Eingangs kleiner als eine Untergrenze ist, berechnet.
Als solches bieten das Fahrzeug, Fahrzeugsystem und Verfahren Vorteile gegenüber bestehenden Verfahren, indem gegenwärtig geschätzte EKF-Schätzungen umgangen werden und auf vorangehende ECM-Parameter Bezug genommen wird, wenn die Signalmerkmale des Eingangs zum Beispiel niedrig oder stationär und daher für EKF-Schätzungen unzureichend sind. Ein solches selektives Aktualisieren von Batterie-ECM-Parametern ergibt genauere Schätzungen der Batterieeigenschaften (z. B. Leistungsfähigkeit und SOC) über den gesamten Batteriearbeitsbereich und bei verschiedenen Fahrzeugbedingungen.
Die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind insbesondere in den angehängten Ansprüchen hervorgehoben. Allerdings werden andere Eigenschaften der verschiedenen Ausführungsformen durch Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen offensichtlicher und am besten verständlich, in welchen:
1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs ist, die ein Fahrzeugsystem zum selektiven Aktualisieren von Batterie-ECM-Parametern gemäß einer oder mehrerer Ausführungsform(en) zeigt;
2 ein allgemeines Schaltkreismodell ist, das von dem Fahrzeugsystem aus 1 verwendet werden kann, um das Verhalten einer Batterie abzubilden;
3 ein ausführliches Schaltkreismodell ist, basierend auf dem allgemeinen Schaltkreismodell aus 2;
4 eine Graphik ist, die einen Batterie-ECM-Parameter veranschaulicht, der gemäß einer oder mehrerer Ausführungsform(en) geschätzt wird;
4A eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts aus 4 ist; und
5 ein Flussdiagramm ist, das ein Verfahren zum selektiven Aktualisieren von Batterie-ECM-Parametern gemäß einer oder mehrerer Ausführungsform(en) zeigt.
Wie erforderlich, sind hierin ausführliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart; es ist jedoch klar, dass die offenbarten Ausführungsformen für die Erfindung nur beispielhaft sind, die in verschiedenen und anderen Formen ausgeführt werden kann. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabgetreu; einige Merkmale können vergrößert oder verkleinert sein, um Einzelheiten gewisser Komponenten zu zeigen. Daher sind bestimmte, hierin offenbarte strukturelle und funktionelle Einzelheiten nicht als einschränkend, sondern lediglich als eine repräsentative Basis zu verstehen, die einen Fachmann auf dem Gebiet lehrt, die vorliegende Erfindung auf unterschiedliche Weise anzuwenden.
Unter Bezugnahme auf 1 ist ein Fahrzeugsystem zum selektiven Aktualisieren der Batterie-ECM-Parameter gemäß einer oder mehrerer Ausführungsform(en) dargestellt und ist allgemein mit dem Bezugszeichen 10 versehen. Das Fahrzeugsystem 10 ist innerhalb eines Fahrzeugs 12 dargestellt. Das Fahrzeugsystem 10 beinhaltet einen Steuerung, wie ein Batteriesteuermodul (BECM) 14 und eine Batterie 16, die miteinander kommunizieren. Das BECM 14 empfängt einen Eingang, der Batterietemperatur, Spannung und Strom enthält; und schätzt Batterie-ECM-Parameter basierend auf dem Eingang. Das BECM 14 kann auch Batterieleistungsfähigkeit (P_cap) und Batterie-SOC, basierend auf dem Eingang und den Batterie-ECM-Parametern, berechnen. Das Fahrzeugsystem 10 ist zum selektiven Aktualisieren der Batterie-ECM-Parameter, basierend auf den Signalmerkmalen des Eingangs, konfiguriert.
Die dargestellte Ausführungsform zeigt das Fahrzeug 12 als ein HEV, das ein Elektrofahrzeug ist, das von einer Elektromaschine 18 mit Unterstützung eines Verbrennungsmotors 20 angetrieben wird. Die Elektromaschine 18 ist ein Wechselstromelektromotor gemäß einer oder mehreren Ausführungsform(en) und ist als ein ”Motor” 18 in 1 dargestellt. Die Elektromaschine 18 empfängt elektrischen Strom und stellt ein Antriebsmoment zum Fahrzeugantrieb bereit. Die Elektromaschine 18 dient auch als Generator zum Umwandeln mechanischer Leistung in elektrischen Strom durch Nutzbremsen.
Das Fahrzeug 12 beinhaltet ein Getriebe 22 gemäß einer oder mehreren Ausführungsform(en), das eine leistungsverzweigte Konfiguration hat. Das Getriebe 22 beinhaltet die erste Elektromaschine 18 und eine zweite Elektromaschine 24. Die zweite Elektromaschine 24 ist ein Wechselstromelektromotor gemäß einer oder mehreren Ausführungsform(en) und ist als ein ”Generator” 24 in 1 dargestellt. Wie die erste Elektromaschine 18 empfängt auch die zweite Elektromaschine 24 elektrischen Strom und stellt ein Abtriebsdrehmoment zur Verfügung. Die zweite Elektromaschine 24 dient auch als Generator zum Umwandeln mechanischer Leistung in elektrischen Strom und zum Optimieren des Stromflusses durch das Getriebe 22.
Das Getriebe 22 beinhaltet eine Planetengetriebeeinheit 26, welche ein Sonnenrad 28, einen Steg 30 und ein Zahnrad 32 beinhaltet. Das Sonnenrad 28 ist mit einer Abtriebswelle der zweiten Elektromaschine 24 verbunden, um ein Generatormoment zu erhalten. Der Steg 30 ist mit einer Abtriebswelle des Motors 20 verbunden, um ein Motormoment zu erhalten. Die Planetengetriebeeinheit 26 kombiniert das Generatormoment und das Motormoment und stellt ein kombiniertes Abtriebsdrehmoment über das Zahnrad 32 bereit. Die Planetengetriebeeinheit 26 dient als kontinuierlich variables Getriebe, ohne festgelegte oder ”stufenförmige” Übersetzungen.
Das Getriebe 22 enthält auch eine Einwegkupplung (O. W. C.) und eine Generatorbremse 33 gemäß einer oder mehreren Ausführungsform(en). Die O. W. C. ist an die Abtriebswelle des Motors 20 gekoppelt, so dass die Abtriebswelle nur in eine Richtung drehen kann. Die O. W. C. hält das Getriebe 22 davon ab, den Motor 20 zurückzufahren. Die Generatorbremse 33 ist an die Abtriebswelle der zweiten Elektromaschine 24 gekoppelt. Die Generatorbremse 33 kann betätigt werden, um zu ”bremsen” oder die Rotation der Abtriebswelle der zweiten Elektromaschine 24 und des Sonnenrads 28 zu verhindern. In anderen Ausführungsformen fehlen die O. W. C. und Generatorbremse 33 und sind durch Steuerstrategien für den Motor 20 und die zweite Elektromaschine 24 ersetzt.
Das Getriebe 22 beinhaltet eine Vorgelegewelle mit einem ersten Zahnrad 34, einem zweiten Zahnrad 36 und einem dritten Zahnrad 38. Ein Planetenabtriebsrad 40 ist mit dem Zahnrad 32 verbunden. Das Planetenabtriebsrad 40 greift in das erste Zahnrad 34, um ein Moment zwischen Planetengetriebeeinheit 26 und der Vorgelegewelle zu übertragen. Ein Abtriebsrad 42 ist mit einer Abtriebswelle der ersten Elektromaschine 18 verbunden. Das Abtriebsrad 42 greift in das zweite Zahnrad 36, um ein Moment zwischen der ersten Elektromaschine 18 und der Vorgelegewelle zu übertragen. Ein Getriebeabtriebsrad 44 ist mit einer Getriebeabtriebswelle 46 verbunden. Die Getriebeabtriebswelle 46 ist durch ein Differential 50 an ein Paar von angetriebenen Rädern 48 gekoppelt. Der Getriebeabtriebsrad 44 greift in das dritte Zahnrad 38, um das Moment zwischen dem Getriebe 22 und den Antriebsrädern 48 zu übertragen.
Obwohl im Zusammenhang mit einem HEV 12 dargestellt und beschrieben, ist klar, dass Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung in anderen Arten von Elektrofahrzeugen umgesetzt werden können, wie BEVs, die durch einen Elektromotor ohne Unterstützung eines Verbrennungsmotors angetrieben werden.
Das Fahrzeug 12 enthält die Batterie 16 zum Speichern elektrischer Energie. Die Batterie 16 ist eine Hochspannungsbatterie, die imstande ist, elektrischen Strom abzugeben, um die erste Elektromaschine 18 und die zweite Elektromaschine 24 zu betreiben. Die Batterie 16 erhält auch elektrischen Strom von der ersten Elektromaschine 18 und der zweiten Elektromaschine 24, wenn diese als Generatoren betrieben werden. Die Batterie 16 ist ein Batteriesatz aus mehreren Batteriemodulen (nicht dargestellt), wobei jedes Batteriemodul mehrere Batteriezellen (nicht dargestellt) enthält. Andere Ausführungsformen des Fahrzeugs 12 erwägen verschiedene Arten von Energiespeichersystemen, wie Kondensatoren und Brennstoffzellen (nicht dargestellt), welche die Batterie 16 ergänzen oder ersetzen. Eine Hochspannungssammelschiene verbindet die Batterie 16 elektrisch mit der ersten Elektromaschine 18 und zweiten Elektromaschine 24.
Das BECM 14 steuert die Batterie 16. Das BECM 14 empfängt einen Eingang, der Fahrzeugbedingungen und Batteriebedingungen, wie Batterietemperatur, Spannung und Strom, anzeigt. Das BECM 14 schätzt Batterie-ECM-Parameter, die den Batterieeigenschaften entsprechen, basierend auf dem Eingang. Das BECM 14 berechnet auch den SOC und die Batterieleistungsfähigkeit (P_cap), basierend auf dem Eingang und den Batterie-ECM-Parametern. Das BECM 14 stellt einen Ausgang (SOC, P_cap) bereit, der den SOC und die Batterieleistungsfähigkeit von Fahrzeugsystemen und Steuerungen anzeigt. In einer anderen Ausführungsform empfängt das BECM 14 den Batterie-SOC als einen Eingang.
Das Fahrzeug 12 enthält einen variablen Spannungswandler (VVC) 52 und einen Wechselrichter 54, die elektrisch entlang der Hochspannungssammelschiene verbunden sind. Der VVC 52 erhöht das Spannungspotential der elektrischen Energie, die durch die Batterie 16 bereitgestellt wird, oder transformiert dieses hoch. Der VVC 52 kann auch das Spannungspotential der elektrischen Energie, die durch die Batterie 16 bereitgestellt wird, gemäß einer oder mehreren Ausführungsform(en) ”tiefsetzen” oder hinuntertransformieren. Der Wechselrichter 54 kehrt zum Betreiben der Elektromaschinen 18, 24 die Gleichstrom(DC)-Energie, die durch die Batterie 16 (durch den VVC 52) zugeleitet wird, in Wechselstrom-(AC)-Energie um. Der Wechselrichter 54 richtet auch durch die Elektromaschinen 18, 24 zugeleiteten Wechselstrom in Gleichstrom zum Laden der Hauptbatterie 16 um.
Das Getriebe 22 enthält ein Getriebesteuermodul (TCM) 58 zum Steuern der Elektromaschinen 18, 24, des VVC 52 und des Wechselrichters 54. Das TCM 58 ist unter anderem zu Überwachung der Position, der Geschwindigkeit und des Stromverbrauchs der Elektromaschinen 18, 24 gestaltet. Das TCM 58 überwacht auch elektrische Parameter (z. B., Spannung und Strom) an verschiedenen Stellen innerhalb des VVC 52 und des Wechselrichters 54 gemäß einer oder mehreren Ausführungsform(en). Das TCM 58 stellt anderen Fahrzeugsystemen Ausgangssignale entsprechend diesen Informationen bereit.
Das Fahrzeug 12 enthält eine Fahrzeugsystemsteuerung (VSC) 60, die mit anderen Fahrzeugsystemen und Steuerungen zur Koordination ihrer Funktionen kommuniziert. Obwohl sie als eine einzige Steuerung gezeigt ist, kann die VSC 60 mehrere Steuerungen beinhalten, die zum Steuern mehrerer Fahrzeugsysteme gemäß einer übergreifenden Fahrzeugsteuerlogik oder Software verwendet werden können.
Die Fahrzeugsteuerung, die VSC 60 und das BECM 14 enthalten allgemein beliebig viele Mikroprozessoren, ASICs, ICs, Speicher (z. B., FLASH, ROM, RAM, EPROM und/oder EEPROM) und Softwarecode, um gemeinsam eine Reihe von Tätigkeiten auszuführen. Die Steuerungen beinhalten auch vorherbestimmte Daten, oder ”Nachschlagetabellen”, die auf Berechnungen und Testdaten basieren und im Speicher abgespeichert sind. Die VSC 60 kommuniziert mit anderen Fahrzeugsystemen und Steuerungen (z. B. dem BECM 14 und dem TCM 58) über eine oder mehrere festverdrahtete oder kabellose Fahrzeugverbindung(en) unter Verwendung gängiger Sammelschienenprotokolle (z. B., CAN und LIN). Die VSC 60 empfängt einen Eingang (PRND), der eine momentane Position des Getriebes 22 (z. B., Parken, Rückwärts, Leerlauf oder Fahren) darstellt. Die VSC 60 empfängt auch einen Eingang (APP), der eine Gaspedalposition darstellt. Die VSC 60 stellt einen Ausgang bereit, der ein gewünschtes Lenkradmoment, eine gewünschte Motordrehzahl und einen Generatorbremsbefehl an das TCM 58 darstellt; und eine Schätzsteuerung an das BECM 14.
Das Fahrzeug 12 enthält ein Bremssystem (nicht dargestellt), das ein Bremspedal, einen Verstärker (Booster), einen Hauptzylinder, wie auch mechanische Verbindungen zu den angetriebenen Rädern 48, um ein Reibungsbremsen zu bewirken, enthält. Das Bremssystem enthält auch Positionssensoren, Drucksensoren oder irgendeine Kombination daraus, um Informationen, wie Bremspedalposition (BPP), die einer Lenkeraufforderung für ein Bremsmoment entspricht, bereitzustellen. Das Bremssystem enthält auch ein Bremssystemsteuermodul (BSCM) 62, das mit der VSC 60 kommuniziert, um ein Nutzbremsen und Reibungsbremsen zu koordinieren. Das BSCM 62 leitet gemäß einer Ausführungsform einen Nutzbremsbefehl zum VSC 60.
Das Fahrzeug 12 enthält ein Motorsteuermodul 64 zum Steuern des Motors 20. Der VSC 60 leitet einen Ausgang (gewünschtes Motormoment) zum Motorsteuermodul 64, der auf etlichen Eingangssignalen, einschließlich APP, basiert und einer Lenkeraufforderung für einen Fahrzeugantrieb entspricht.
Das Fahrzeug 12 ist gemäß einer oder mehreren Ausführungsform(en) zum Empfangen von Strom von einer externen Quelle gestaltet. Die Batterie 16 empfängt periodisch AC-Energie von einer externen Stromversorgung oder einem Stromnetz über einen Ladeanschluss 66. Der Ladeanschluss 66 kann zur Aufnahme eines externen Stromsteckers oder Steckverbinders (”Steckers”) gestaltet sein oder er kann zum Induktionsladen gestaltet sein. Das Fahrzeug 12 enthält auch ein bordeigenes Ladegerät 68, das die AC-Energie vom Ladeanschluss 66 empfängt. Das Ladegerät 68 ist ein AC/DC Wandler, der die erhaltene AC-Energie in DC-Energie umwandelt, die zum Laden der Batterie 16 geeignet ist. Das Ladegerät 68 leitet seinerseits die DC-Energie während des Aufladens an die Batterie 16.
Unter Bezugnahme auf 1 und 2 ist das BECM 14 für den Empfang eines Eingangs gestaltet, der Fahrzeugbedingungen und Batteriebedingungen, wie Batterietemperatur, Spannung und Strom, anzeigt. Das BECM 14 schätzt die Batterie-ECM-Parameter basierend auf dem Eingang. Das BECM 14 berechnet auch den Batterie-SOC und die Batterieleistungsfähigkeit (P_cap), basierend auf den Batterie-ECM-Parametern und dem Eingang. Das BECM 14 stellt die P_cap und den SOC anderen Fahrzeugsystemen und Steuerungen bereit, die der Batterie 16 Leistung bereitstellen oder Leistung von dieser erhalten. Zum Beispiel kann das TCM 58 die Menge an elektrischer Leistung, die den Elektromaschinen 18, 24 zugeleitet wird, begrenzen, wenn der SOC unter einer unteren SOC-Schwelle ist. Das TCM 58 kann auch die Menge an elektrischer Leistung, die von den Elektromaschinen 18, 24 an die Batterie 16 geleitet wird, reduzieren, wenn der SOC über einer oberen SOC-Schwelle ist. In einer oder mehreren Ausführungsform(en) empfängt das BECM 14 den SOC als einen Eingang und schätzt P_cap teilweise basierend auf dem SOC.
2 zeigt ein verallgemeinertes Ersatzschaltkreismodell 210, das die Batterie 16 und ihren Innenwiderstand (Z) zeigt. Die Batterielast können elektrische Komponenten (z. B. die Elektromaschinen 18, 24) sein, die Strom von der Batterie 16 ziehen. Im Schaltkreismodell 210 sind eine Leerlaufspannung (V_oc), ein Batteriestrom (I), eine Klemmenspannung (V_t) und eine verallgemeinerte Impedanz-Teilschaltung (Z) angeführt. Es ist klar, dass die Teilschaltung (Z) etliche verschiedene elektrische Elemente beinhalten kann, wie Widerstände, Kondensatoren, Induktoren und dergleichen. Wie im Detail weiter unten erläutert, ist der Zweck der Schaltung 210, Informationen bezüglich der Batterie bereitzustellen, die zur Bestimmung von SOC und P_cap verwendet werden können. Deshalb kann das Schaltkreismodell 210 das Verhalten der Batterie genauer darstellen, wenn die Teilschaltung (Z) eine relativ große Zahl an elektronischen Komponenten enthält. Allerdings bedeutet eine erhöhte Zahl an Komponenten in der Teilschaltung (Z) auch eine Erhöhung in der Komplexität der Gleichungen, die das Schaltkreismodell regeln. Wie oben unter Bezug auf 1 beschrieben, ist die Batterie 16 ein Batteriesatz, der aus mehreren Batteriemodulen (nicht dargestellt) gebildet ist, wobei jedes Batteriemodul mehrere Batteriezellen (nicht dargestellt) enthält. Das ECM 210 stellt einen Batteriesatz dar und das Fahrzeugsystem 10 schätzt Batterieparameter entsprechend dem gesamten Batteriesatz. Andere Ausführungsformen des Fahrzeugsystems 10 erwägen jedoch ein Batteriezellen-Ersatzschaltkreismodell zum Schätzen von Batteriezellenparametern.
3 veranschaulicht ein vereinfachtes Randle-Ersatzschaltkreismodell 310, welches auf dem allgemeinen Schaltkreismodell 210 von 2 basiert. Die Teilschaltung (Z) besteht aus drei getrennten elektrischen Bauelementen, genauer gesagt, zwei Widerständen (r₁, r₂) und einem Kondensator (c). Ein Paar von maßgeblichen Gleichungen für das Schaltkreismodell 310 kann wie folgt geschrieben werden:

wobei: V₂ eine Spannung über c oder r₂ aus dem Schaltkreismodell ist;
die zeitbasierte Ableitung von V₂ ist; r₂ ein Ladungsübergangswiderstand der Batterie ist; c eine Doppelschichtkapazität der Batterie ist; I der gemessene Batteriestrom ist; V_oc die Leerspannung der Batterie ist; V_t die über die Batterieklemmen gemessene Batteriespannung (Klemmenspannung) ist; und r₁ ein Innenwiderstand der Batterie ist.
Der Batteriestrom (I) und die Klemmenspannung (V_t) können regelmäßig bei einer gewissen vorherbestimmten Frequenz gemessen werden, so dass diese Werte von anderen Fahrzeugsteuersystemen genutzt werden können. Im Fall einer Leerspannung für die Batterie (V_oc) kann der Wert direkt gemessen werden, wenn das Fahrzeug gestartet wird, bevor ein elektrischer Schütz (nicht dargestellt) geschlossen wird, falls ein batterieinterner Diffusionsprozess als gestoppt angesehen wird. Wenn das Fahrzeug jedoch läuft und das Schütz geschlossen ist, wird die Leerspannung (V_oc) geschätzt. Zusätzlich sind die Batterie-ECM-Parameter (r₁, r₂, und c) geschätzte Werte.
Es kann etliche Möglichkeiten geben, die V_oc aus dem SOC zu bestimmen; die Methode, die verwendet wird kann zum Beispiel davon abhängen, ob der SOC für den Batteriesatz als Ganzes bekannt ist, oder ob der SOC für jede einzelne der Batteriezellen bekannt ist. Wenn der SOC für jede der Batteriezellen bekannt ist, kann Gleichung 3, wie unten gezeigt, zur Batteriesatz V_oc-Bestimmung genutzt werden.
wobei: N die Zahl an Batteriezellen im Batteriesatz ist, und es eine Eins-zu-Eins-Beziehung zwischen V_oc und Zellen-SOC gibt.
Unter Verwendung der bekannten SOC Werte jeder Batteriezelle kann ein entsprechender V_oc Wert aus vorherbestimmten Daten, wie einer Nachschlagetabelle oder einer anderen bekannten Beziehung zwischen der V_oc und dem SOC, bestimmt werden. Dann kann jeder der berechneten V_{oc_cell}-Werte für die einzelnen Batteriezellen summiert werden, um die totale V_oc für den Batteriesatz bereitzustellen. In diesem Modell wird angenommen, dass die Batteriezellen in Serie verbunden sind und damit ihre Spannungen additiv werden. Die Berechnung der V_oc stellt in diesem Zusammenhang eine sehr akkurate Schätzung der Batterie V_oc bereit, die nicht unmittelbar gemessen werden kann, nachdem das Schütz geschlossen wurde. Beim Addieren aller V_{oc_cell}-Werte, senken die schwächsten Batteriezellen die gesamte V_oc für den Batteriesatz, was garantiert, dass ihr Wert nicht unrealistisch hoch ist.
Eine andere Möglichkeit, die V_oc für den Batteriesatz zu bestimmen, wird in den Gleichungen 4 und 5 unten gezeigt.
wobei sich SOC_min auf den Minimal-SOC unter allen Zellen in Reihenschaltung bezieht, während SOC_max sich auf den Maximal-SOC unter allen Zellen in Reihenschaltung bezieht.
Wie in Gleichungen 4 und 5 gezeigt, wird die Leerspannung (V_oc) unter Verwendung verschiedener Gleichungen berechnet, abhängig davon, ob die Batterie gegenwärtig am Entladen (Gl. 4), oder Laden (Gl. 5) ist. Der Grund dafür ist, dass es zwei verschiedene Leistungskapazitäten gibt, eine, die mit dem Batterieentladen verbunden ist, und eine andere, die mit dem Batterieladen verbunden ist. Jede dieser Batterieleistungskapazitäten ist durch verschiedene Werte der V_oc begrenzt. Zum Beispiel ist die Entladebatterieleistungsfähigkeit durch die Minimal-V_oc für den Batteriesatz begrenzt; wohingegen die Ladebatterieleistungsfähigkeit durch die Maximal-V_oc für den Batteriesatz begrenzt ist. Gleichungen 4 und 5 können als Alternative zu Gleichung 3 verwendet werden, sogar wenn der SOC für jede der Batteriezellen bekannt ist. In so einem Fall wird der kleinste Batteriezellen-SOC in Gleichung 4 verwendet und der größte Batteriezellen-SOC wird in Gleichung 5 verwendet.
Obwohl einige der in Gleichung 1 und 2 aufscheinenden Variablen wie (I) und (V_t) unmittelbar gemessen werden können, kann es zur Bestimmung anderer Variablen unterschiedlicher Herangehensweisen bedürfen. Zum Beispiel ist eine Möglichkeit, die Werte zumindest einiger der Variablen in den Gleichungen 1 und 2 zu bestimmen, die Anwendung einer rekursiven Parameterschätzungsmethode, wie eines Kalman-Filters oder eines EKF, bei den Gleichungen. Ein Kalman-Filter wird zum Schätzen der Zustände eines Linearsystems verwendet. Ein EKF kann für nichtlineare Systeme verwendet werden, wobei ein Linearisierungsprozess bei jedem Zeitschritt verwendet wird, um das nichtlineare System mit einem linearen zeitabhängigen System anzunähern. Da Batterieparameterschätzungen allgemein nichtlinear sind, schätzt das Fahrzeugsystem die Batterie-ECM-Parameter mit einem EKF gemäß einer oder mehreren Ausführungsform(en). Eine Möglichkeit, ein EKF anzuwenden, ist den Strom (I) als den Eingang anzunehmen, die Spannung (V₂) als einen Zustand und den Term (V_oc–V_t) als den Ausgang. Die Batterie-ECM-Parameter (r₁, r₂ und c) oder deren verschiedene Kombinationen werden auch als zu identifizierende Zustände behandelt. Sind die Batterie-ECM-Parameter erst bekannt und andere Unbekannte identifiziert, können der SOC und die Leistungskapazität basierend auf Betriebsbegrenzung einer Batteriespannung und eines Stroms und des aktuellen Batteriezustandes berechnet werden.
Ein EKF ist ein dynamisches System, das durch die folgenden Gleichungen bestimmt wird: X_k = f(X_k-1, u_k-1, w_k-1) Y_k = h(X_k, v_k-1) Gl. 6 wobei: X_k den Zustand V₂ und die anderen drei Batterie-ECM-Parameter enthält; u_k der Eingang (z. B., Batteriestrom) ist; w_k das Prozessrauschen ist; Y_k der Ausgang (V_oc–V_t) ist; und v_k das Messrauschen ist.
Ein solches System von Gleichungen für das Batteriemodell, das in Betracht gezogen wird, kann wie folgt dargestellt werden:
Die entsprechende Zustand-Raum-Gleichung, in getrennter oder kontinuierlicher Zeit, kann in Form von Gleichung 6 erhalten werden.
Basierend auf dem in den Gleichungen 6 gezeigten Systemmodell, obliegt es einem Beobachter, die erweiterten Zustände (x₁, x₂, x₃ und x₄) und dementsprechend (V₂, r₁, r₂, und c), nach den Gleichungen 7–10, wie unten gezeigt, zu schätzen:
Der vollständige Satz an EKF Gleichungen besteht aus Zeitaktualisierungsgleichungen und Messaktualisierungsgleichungen. Die EKF-Zeitaktualisierungsgleichungen projizieren den Zustand und die Kovarianzschätzung vom vorigen Zeitschritt auf den momentanen Zeitschritt: x ^ – / k = f(x ^_k-1, u_k-1, 0) P – / k = A_k P_k-1 A T / k + W_k Q_k-1 W T / k Gl. 11 wobei: x ^ – / k eine a priori Schätzung von x_k darstellt; P – / k eine a priori Schätzungsfehler-Kovarianz-Matrix darstellt; A_k die Jacobimatrix der partiellen Ableitungen von f in Bezug auf X darstellt; P_k-1 eine a posteriori Schätzungsfehlermatrix des letzten Schritts darstellt; A T / k eine Transponierte der Matrix A_k darstellt; W_k die Jacobimatrix der partiellen Ableitungen von f in Bezug auf die Prozessrauschvariable w darstellt; Q_k-1 eine Prozessrausch-Kovarianz-Matrix darstellt, und W T / k eine Transponierte der Matrix W_k darstellt.
Die Messaktualisierungsgleichungen korrigieren den Zustand und die Kovarianz-Schätzung mit der Messung: K_k = P – / k H T / k(H_k P – / k H T / k + V_k R_k V T / k)^–1 Gl. 12 x ^_k = x ^ – / k + K_k(z_k – h(x ^ – / k, 0)) Gl. 13 P_k = (I – K_k H_k)P – / k Gl. 14 wobei: K_k die EKF-Verstärkung darstellt; H_k die Jacobimatrix der partiellen Ableitungen von h in Bezug auf X darstellt; H T / k die Transponierte von H_k ist; R_k eine Messrausch-Kovarianz-Matrix darstellt; V_k die Jacobimatrix der partiellen Ableitungen von h in Bezug auf die Messrauschvariable v; darstellt und V T / k die Transponierte von V_k ist.
Die Differentialgleichung erster Ordnung der Gleichungen 1 und 2 kann mit den Batterie-ECM-Parametern der Gleichungen 7–10 gelöst werden, um folgenden Ausdruck für den Batteriestrom (I) zu erhalten.
wobei: t_d ein vorherbestimmter Zeitwert ist; V ~₂(0) der vorliegende Wert von V₂ ist, und e die Grundzahl des natürlichen Logarithmus ist.
Im Allgemeinen kann die Batterieleistungsfähigkeit ermittelt werden, sobald der Wert für (I) der Gleichung 15 bestimmt ist. Wenn gewünscht ist, eine Ladeleistungsfähigkeit für die Batterie zu bestimmen, kann Gleichung 15 für einen Minimalwert von (I) gelöst werden, wie in Gleichung 16 gezeigt. Nach Übereinkommen ist Strom als eine positive (+) Größe definiert, wenn er von einer Batterie weg fließt (Entladen), und als negative (–) Größe, wenn er in die Batterie fließend (Laden).
wobei: der Wert von (t_d) vorherbestimmt ist und zum Beispiel zwischen 1 Sek. und 10 Sek. sein kann und V_max eine Maximalbetriebsspannung für die Batterie ist und als eine begrenzende Batteriespannung angesehen werden kann.
Dieser Strom wird dann mit einer Systemladestromlimit (I_{lim_ch}) verglichen. Falls I_min(t_d, V_max) < I_{lim_ch}, wird ein zweiter Spannungswert nach Gleichung 17 berechnet, wie unten gezeigt:
Der Zeitwert (t_d) kann darauf basieren, wie Batterieleistungsfähigkeiten von der Fahrzeugsystemsteuerung genutzt werden. Die Spannung (V_max) kann zum Beispiel von einem Fahrzeughersteller oder einem Batteriehersteller als die Maximalspannung, die die Batterie erreichen darf, bestimmt werden.
Die Ladeleistungsfähigkeit (P_{cap_ch}(t_d)) für eine Batterie als Funktion der Zeit (t_d) kann gemäß Gleichung 18 geschrieben werden.
Zusätzlich zum Bestimmen einer Ladeleistungsfähigkeit für eine Batterie stellen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auch ein Verfahren zum Bestimmen der Entladeleistungsfähigkeit für die Batterie bereit. Zum Bestimmen der Entladeleistungsfähigkeit wird ein Maximalwert des Batteriestroms (I) in Verbindung mit einem Minimalwert der Batteriespannung verwendet. Gleichung 15 kann verwendet werden um für (I_max), wie in Gleichung 19 gezeigt, zu lösen.
wobei: V_min eine Minimalbetriebsspannung des Batteriesatzes ist.
Dieser Strom wird dann mit einem Systementladestromlimit I_{lim_dch} verglichen. Falls I_max(t_d, V_min) > I_{lim_dch}, wird ein zweiter Spannungswert nach Gleichung 20, wie unten gezeigt, berechnet:
Die Entladeleistungsfähigkeit (P_{cap_dch}(t_d)) für die Batterie als Funktion der Zeit (t_d) kann wie in Gleichung 21 gezeigt bestimmt werden.
Gleichungen 15–21 berechnen die Leistungsfähigkeit unter Verwendung von Batterie-ECM-Parametern (z. B., r₁, r₂ und c), die durch den EKF (Gleichungen 7–10) geschätzt werden.
Die Signalmerkmale der gemessenen Batterieleistungssignale (z. B. Batteriestrom I, und Klemmenspannung V_t) beeinflussen die EKF-Schätzungen. Die EKF-Schätzungen können unter bestimmten Umständen von tatsächlichen Werten ”abdriften” oder abweichen. Wenn zum Beispiel die Batterieleistungspegel niedrig sind (normalerweise die Situation, wenn der Strom niedrig ist und Stromsensormessfehler verglichen mit höheren Stromsituationen signifikant werden können), kann der EKF einen signifikant verzerrten Sensorlesewert verglichen mit dem tatsächlichen Wert verwenden, was dazu führen kann, dass die EKF-Schätzungen von den tatsächlichen Werten abweichen. Ein anderes Beispiel ist, wenn die Messsignale stationär sind. In diesem Fall wird das Signalrauschen signifikant, wenn eine Ableitung des Messsignals berechnet wird. Ein weiteres Beispiel hängt im Wesentlichen mit dem Modell selbst zusammen. Zeitweise korreliert das ECM nicht genau mit dem tatsächlichen Batterieverhalten. Falls der EKF nach wie vor versucht, die Modellparameter anhand der tatsächlichen Batteriemessdaten zu schätzen, können manche der EKF-Schätzungen außerhalb des Bereichs sein.
4 zeigt eine Graphik 410 des gemessenen Batteriestroms (I) und des geschätzten Innenwiderstands der Batterie im Laufe der Zeit. Auf den Innenwiderstand der Batterie, wie vom EKF geschätzt, wird durch die Kurve (r_{1_EKF}) Bezug genommen. 4 stellt einen Fahrzyklus dar, in welchem das Fahrzeug fährt, oder zumindest zum Teil von den Elektromaschinen 18, 24 (dargestellt in 1), zwischen Zeitpunkt T₀ und T₁, angetrieben wird. Allgemein schwankt der den Elektromaschinen 18, 24 bereitgestellte Strom, wenn das Fahrzeug in Bewegung ist, aufgrund verschiedener Fahrzeugbetriebsmodi. Zum Zeitpunkt T₁ stoppt das Fahrzeug und läuft bis Zeitpunkt T₂ im Leerlauf. Dann, zum Zeitpunkt T₂, beginnt das Fahrzeug zu fahren und wird zumindest zum Teil von den Elektromaschinen 18, 24 angetrieben.
Wenn die Elektromaschinen 18, 24 arbeiten, um das Fahrzeug anzutreiben, können sie über einhundert Ampere Strom ziehen, wie allgemein unter Bezugszeichen Nummer 412 angegeben. Wenn das Fahrzeug leerläuft, können die Elektromaschinen 18, 24 wenig oder keinen Strom von der Batterie 16 ziehen. Andere Fahrzeugsysteme können nach wie vor arbeiten, wenn das Fahrzeug im Leerlauf ist (z. B. Audio- und Temperatursysteme), und deshalb ziehen die elektrischen Lasten solcher Systeme nach wie vor Batteriestrom, allerdings kann dieser allgemein stabil sein, wie unter Bezugszeichen 414 angegeben. Wenn der Batteriestrom niedrig und stabil ist (z. B. bei Punkt 414), sind die Eingangssignale für EKF-Schätzungen unzureichend und die EKF-Schätzungen (z. B., r₁) beginnen, von Nennwerten abzuweichen, wie bei Punkt 416 dargestellt. Sobald sich das Fahrzeug zum Zeitpunkt T2 wieder zu bewegen beginnt, nimmt der Batteriestrom (I) zu und die EKF-Schätzungen kehren zu den Nennwerten zurück, wie durch Bezugszeichen 418 angegeben. 4A ist eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts der Graphik 410.
Unter Bezug auf 5 ist ein Verfahren zum selektiven Aktualisieren von Batterie-ECM-Parametern basierend auf Signalmerkmalen gemäß einer oder mehreren Ausführungsform(en) dargestellt und ist allgemein mit dem Bezugszeichen 510 angegeben. Das Verfahren 510 wird unter Verwendung eines innerhalb des BECM 14 enthaltenen Softwarecodes gemäß einer oder mehreren Ausführungsform(en) ausgeführt. In anderen Ausführungsformen wird das Verfahren 510 in anderen Fahrzeugsteuerungen oder mehrfachen Fahrzeugsteuerungen ausgeführt.
In Arbeitsablauf 512 wird das BECM 14 initialisiert und setzt ein SPERR_flag auf WAHR. Das BECM 14 enthält eine Vielzahl an Flags, welche Kalibrierungswerte sind, die stetig aktualisiert werden. Wenn das SPERR_flag WAHR ist, umgeht das BECM 14 aktuell bestimmte EKF-Schätzungen und nimmt auf zuvor bestimmte ECM-Parameter zum Berechnen von Batterieeigenschaften (z. B., P_cap, SOC und Batteriealterungszustand) Bezug.
In Arbeitsablauf 514, empfängt das BECM 14 einen Eingang, der die Batterieklemmenspannung (V_t) und den Batteriestrom (I) angibt. Der Eingang wird von Batteriesensoren gemäß einer oder mehreren Ausführungsform(en) bereitgestellt. Das BECM 14 empfängt auch vorliegende EKF-Schätzungen (z. B. r₁, r₂ und c), die vom EKF geschätzt werden. Das BECM 14 speichert vorherige ECM Parameter in seinem Speicher.
In Arbeitsablauf 516 bestimmt das BECM 14 Batteriesteuerparameter, welche Ober- und Untergrenzen verschiedener Batterieleistungssignalmerkmale entsprechen. Diese Grenzen beinhalten Batterieleistungsgrenzen (P_HOCH und P_NIEDER), wobei Batterieleistung (P) das Produkt von Batterieklemmenspannung (V_t) und Batteriestrom (I) ist. Die Grenzen beinhalten auch Batterieklemmenspannungsableitung, Änderungsratengrenzen ((dV_t/dt)_HOCH und (dV_t/dt)_NIEDER), Batteriestromableitung oder Änderungsratengrenzen ((dl/dt)_HOCH und (dl/dt)_NIEDER), und Batteriestromgrenzen (I_HOCH und I_NIEDER). In einer oder mehreren Ausführungsform(en) bestimmt das BECM 14 die folgenden Werte für die Steuerparameter bei Arbeitsablauf 516: eine Leistungsobergrenze (P_HOCH) zwischen 200 W und 2,0 kW, eine Leistungsuntergrenze (P_NIEDER) zwischen –100 kW und 0 kW, eine Spannungsableitungsobergrenze ((dV_t/dt)_HOCH) von ungefähr 20 V/s, eine Spannungsableitungsuntergrenze ((dV_t/dt)_NIEDER) von ungefähr 10 V/s, eine Strom ableitungsobergrenze ((dl/dt)_HOCH) von ungefähr 40 A/s, eine Stromableitungsuntergrenze ((dl/dt)_NIEDER) von ungefähr 12 A/s, eine Stromobergrenze (I_HOCH) von ungefähr 5 A, und eine Stromuntergrenze (I_NIEDER) von ungefähr 1 A. Ober- und Untergrenzen werden eher verwendet als Schwellenwerte, um Hysterese bereitzustellen und ein übermäßiges Wechseln zwischen Zuständen zu vermeiden. Obwohl die Grenzen als ”HOCH” oder ”NIEDER” bezeichnet sind; sind diese Bezeichnungen relativ zu EKF-Schätzungen und können nicht als ”HOCH” oder ”NIEDER” in anderen Zusammenhängen angesehen werden.
In Arbeitsablauf 518 analysiert das BECM 14 das SPERR_flag, um zu bestimmen, ob er WAHR oder FALSCH ist. Wenn die Bestimmung bei Arbeitsablauf 518 positiv ist (z. B. SPERR_flag ist WAHR), dann fährt das BECM 14 mit Arbeitsablauf 520, 522, 524, und 526 fort, um die folgenden vier ”FREISCHALT” Zustände zu ermitteln, in welchen die Batterieleistungssignalmerkmale mit Obergrenzensteuerparametern verglichen werden:
Wenn alle der obigen ”FREISCHALT” Bedingungen erfüllt sind, bestimmt das BECM 14, dass die vorliegenden Batterieeingangssignale für EKF-Schätzungen zureichend sind.
Genauer gesagt, es wird die erste FREISCHALT-Bedingung in Arbeitsablauf 520 ausgewertet. Die Batterieleistung (V_t·I) wird mit der Batterieleistungsobergrenze (P_HOCH) verglichen um zu bestimmen ob der Batterieleistungseingang für EKF-Schätzungen ausreichend ist. Falls die Bestimmung in Arbeitsablauf 520 positiv ist (z. B. V_t·I ist größer als P_HOCH), fährt das BECM 14 mit Arbeitsablauf 522 fort.
In Arbeitsablauf 522, wird die zweite FREISCHALT-Bedingung ausgewertet. Ein absoluter Wert einer Ableitung der Batterieklemmenspannung (|dV_t/d_t|) wird mit der Batterieklemmenspannungsableitungsobergrenze (dV_t/dt)_HOCH verglichen um zu bestimmen, ob die Ableitung der Batterieklemmenspannung für EKF-Schätzungen ausreichend ist. Falls die Bestimmung in Arbeitsablauf 522 positiv ist (z. B. |dV_t/dt| ist größer als (dV_t/dt)_HOCH), fährt das BECM 14 mit Arbeitsablauf 524 fort. Die dritte FREISCHALT-Bedingung wird in Arbeitsablauf 524 ausgewertet. Ein absoluter Wert einer Ableitung des Batteriestroms (|dl/dt|) wird mit der Batteriestromableitungsobergrenze (dl/dt)_HOCH verglichen um zu bestimmen, ob die Ableitung des Batteriestroms für EKF-Schätzungen ausreichend ist. Falls die Bestimmung in Arbeitsablauf 524 positiv ist (z. B. (|dl/dt|) ist größer als (dl/dt)_HOCH), fährt das BECM 14 mit Arbeitsablauf 526 fort.
In Arbeitsablauf 526 wird die vierte FREISCHALT-Bedingung ausgewertet. Ein absoluter Wert des Batteriestroms (I) wird mit der Batteriestromobergrenze (I_HOCH) verglichen um zu bestimmen, ob die Batterie momentan Strom bereitstellt, der für EKF-Schätzungen ausreichend ist. Falls die Bestimmung in Arbeitsablauf 526 positiv ist (z. B., I ist größer als I_HOCH), fährt das BECM 14 mit Arbeitsablauf 528 fort.
In Arbeitsablauf 528 setzt das BECM 14 das SPERR_flag auf FALSCH (FREISCHALTUNG), hat es erst bestimmt, dass alle der Batterieleistungssignalmerkmale, wie in den Arbeitsabläufen 520, 522, 524, und 526 analysiert, für EKF-Schätzungen ausreichend sind.
Falls die Bestimmung in Arbeitsablauf 518 negativ ist (z. B. das SPERR_flag ist FALSCH), fährt das BECM 14 mit den Arbeitsabläufen 530, 532, 534, und 536 fort, um die folgenden vier ”SPERR”-Bedingungen auszuwerten, wobei die Batterieleistungssignalmerkmale mit Untergrenzensteuerparametern verglichen werden: V_t·I < P_NIEDER
Falls eine der obigen Bedingungen erfüllt ist, bestimmt das BECM 14, dass die vorliegenden Batterieeingangssignale für EKF-Schätzungen unzureichend sind.
Genauer gesagt, die erste SPERR-Bedingung wird in Arbeitsablauf 530 ausgewertet. Die Batterieleistung (V_t·I) wird mit der Batterieleistungsuntergrenze (P_NIEDER) verglichen um zu bestimmen; ob die Batterie momentan Leistung bereitstellt, die für EKF-Schätzungen unzureichend ist. In einer Ausführungsform ist P_NIEDER gleich 0 Watt. Falls die Bestimmung in Arbeitsablauf 530 negativ ist (z. B. V_t·I ist nicht kleiner als P_NIEDER), fährt das BECM 14 mit Arbeitsablauf 532 fort.
In Arbeitsablauf 532, wird die zweite SPERR-Bedingung ausgewertet. Ein absoluter Wert einer Ableitung der Batterieklemmenspannung (|dV_t/dt|) wird mit der Batterieklemmenableitungsuntergrenze (dV_t/dt)_NIEDER verglichen um zu bestimmen, ob die Ableitung der Batteriespannung für EKF-Schätzungen unzureichend ist. Falls die Bestimmung in Arbeitsablauf 532 negativ ist (z. B., (|dV_t/dt|) ist nicht kleiner als (dV_t/dt)_NIEDER), fährt das BECM 14 mit Arbeitsablauf 534 fort.
Die dritte SPERR-Bedingung wird in Arbeitsablauf 534 ausgewertet. Ein absoluter Wert einer Ableitung des Batteriestroms (|dl/dt|) wird mit der Batteriestromableitungsuntergrenze (dl/dt)_NIEDER Verglichen um zu bestimmen, ob die Ableitung des Batteriestroms für EKF-Schätzungen unzureichend ist. Falls die Bestimmung in Arbeitsablauf 534 negativ ist (z. B., (|dl/dt|) ist nicht kleiner als (dl/dt)_NIEDER), fährt das BECM 14 mit Arbeitsablauf 536 fort.
In Arbeitsablauf 536 wird der vierte SPERR Zustand ausgewertet. Ein absoluter Wert des Batteriestroms (I) wird mit der Batteriestromuntergrenze (I_NIEDER) verglichen um zu bestimmen ob die Batterie momentan Strom bereitstellt, der für EKF-Schätzungen unzureichend ist.
Falls irgendwelche der Bestimmungen in Arbeitsabläufen 530, 532, 534 und 536 positiv sind, bestimmt das BECM 14, dass die vorliegenden Batterieeingangssignale für EKF-Schätzungen unzureichend sind und fährt mit Arbeitsablauf 538 fort. In Arbeitsablauf 538 setzt das BECM 14 das SPERR_flag auf WAHR.
Nach Arbeitsabläufen 528 oder 538 fährt das BECM 14 mit Arbeitsablauf 540 fort. Falls die Bestimmung bei irgendeinem der Arbeitsabläufe 520, 522, 524 oder 526 negativ ist, hält das BECM 14 das SPERR_flag weiter bei WAHR und fährt mit Arbeitsablauf 540 fort. Falls zusätzlich die Bestimmung in allen Arbeitsabläufen 530, 532, 534 und 536 negativ ist, hält das BECM 14 das SPERR_flag auf FALSCH und fährt mit Arbeitsablauf 540 fort.
In Arbeitsablauf 540 analysiert das BECM 14 wieder das SPERR_flag um zu bestimmen, ob es WAHR oder FALSCH ist. Falls die Bestimmung in Arbeitsablauf 540 positiv ist (z. B. SPERR_flag ist WAHR), fährt das BECM 14 mit Arbeitsablauf 542 fort und umgeht die vorliegenden EKF-Schätzungen, die in Arbeitsablauf 514 erhalten wurden, und bezieht sich auf vorherige ECM-Parameter. Dann berechnet das BECM 14 in Arbeitsablauf 544 Batterieeigenschaften (z. B. P_cap und SOC) unter Verwendung der vorherigen ECM-Parameter. Falls die Bestimmung in Arbeitsablauf 540 negativ ist (z. B. ist das SPERR_flag FALSCH), fährt das BECM 14 mit Arbeitsablauf 546 fort und aktualisiert die ECM-Parameter mit den vorliegenden EKF-Schätzungen, die in Arbeitsablauf 514 erhalten wurden. Dann berechnet das BECM 14 in Arbeitsablauf 544 Batterieeigenschaften (z. B. P_cap, und SOC) basierend auf den vorliegenden EKF-Schätzungen. Nach Arbeitsablauf 544 kehrt das BECM 14 zu Arbeitsablauf 514 für eine weitere Wiederholung der Methode 510 zurück.
4 und 4A veranschaulichen die Auswirkung der Methode 510. Wie oben angegeben, enthält die Graphik 410 den gemessenen Batteriestrom (I), und den Innenwiderstand der Batterie, wie vom EKF geschätzt (r_1-EKF). Die Graphik 410 enthält auch eine Kurve (r_{1_ECM}), die die Batterie-ECM-Parameter des Innenwiderstands der Batterie, wie vom EKF geschätzt und selektiv durch die Methode 510 aktualisiert, darstellt.
Unter Bezugnahme auf 4A zeigt Punkt 550 auf einer Kurve 1 einen Punkt, wo sich der Stromstärke nicht wesentlich ändert. Dementsprechend kann das BECM 14 in Arbeitsablauf 534 der Methode bestimmen, dass der absolute Wert der Ableitung des Batteriestroms (|dl/dt|) kleiner als die Batteriestromableitungsuntergrenze (dl/dt)_NIEDER ist. Das BECM 14 fährt dann mit Arbeitsablauf 538 fort und setzt das SPERR_flag auf WAHR. Dann umgeht das BECM 14 in Arbeitsablauf 542 vorliegende EKF-Schätzungen (z. B. Punkt 552 auf r_{1_EKF}) und bezieht sich auf vorherige ECM-Parameter, wie durch Punkt 554 auf r_{1_ECM} gezeigt.
Außerdem zeigt Punkt 560 auf Kurve I einen Punkt, wo sich der Strom ändert, wobei aber der absolute Wert des Stroms niedrig ist. Dementsprechend kann das BECM 14 in Arbeitsablauf 536 der Methode bestimmen, dass der absolute Wert des Batteriestroms (|I|) kleiner als die Batteriestromuntergrenze I_NIEDER ist. Das BECM 14 fährt dann mit Arbeitsablauf 538 fort und setzt das SPERR_flag auf WAHR. Dann umgeht das BECM 14 in Arbeitsablauf 542 vorliegende EKF-Schätzungen (z. B. Punkt 562 auf r_{1_EKF}) und bezieht sich auf vorherige ECM-Parameter, wie durch Punkt 564 auf r_{1_ECM} gezeigt.
Allerdings zeigt Punkt 570 auf Kurve I einen Punkt, wo sich der Strom wesentlich ändert und der Strom niedrig ist. Dementsprechend kann das BECM 14 in Arbeitsablauf 524 der Methode bestimmen, dass der absolute Wert der Änderungsrate des Batteriestroms (|dl/dt|) größer ist als die Batteriestromänderungsratenobergrenze (dl/dt)_HOCH. Dann fährt das BECM 14 mit Arbeitsablauf 526 fort. In Arbeitsablauf 526 bestimmt das BECM 14, dass der absolute Wert des Batteriestroms (|I|) größer ist als die Batteriestromobergrenze I_HOCH. Das BECM 14 fährt dann mit Arbeitsablauf 528 fort und setzt das SPERR_flag auf FALSCH. Dann aktualisiert das BECM 14 in Arbeitsablauf 546 die ECM-Parameter mit den gegenwärtig geschätzten EKF-Schätzungen, wie durch Punkt 572 auf r_{1_EKF}, entsprechend Punkt 574 auf r_{1_ECM} gezeigt.
Als solches bietet das Fahrzeugsystem 10 Vorteile gegenüber bestehenden Methoden durch das Umgehen gegenwärtig geschätzter EKF-Schätzungen und Bezugnahme auf vorherige ECM-Parameter, wenn die Signalmerkmale des Eingangs (z. B. V_t und I) zum Beispiel niedrig oder stationär sind und somit für EKF-Schätzungen unzureichend sind. Ein solches selektives Aktualisieren von Batterie-ECM-Parametern führt zu einer genaueren Schätzung der Batterieeigenschaften (z. B. P_cap und SOC) im gesamten Batteriearbeitsbereich und bei unterschiedlichen Fahrzeugbedingungen.
Während beispielhafte Ausführungsformen oben beschrieben sind, ist es nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen der Erfindung beschreiben. Eher sind die in der Beschreibung verwendeten Worte beschreibende und nicht einschränkende Worte und es ist zu verstehen, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Wesen und Umfang der Erfindung abzuweichen. Außerdem können die Eigenschaften verschiedener umgesetzter Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden.

Claims

Fahrzeug, aufweisend: eine Elektromaschine, die zum Bereitstellen eines Antriebsmoments gestaltet ist; eine Batterie zum Zuleiten von Leistung zur Elektromaschine; und eine Steuerung, gestaltet zum: Schätzen vorliegender Batterieparameter, basierend auf einem Eingang, der die von der Batterie zugeleitete Leistung angibt; und Erzeugen eines Ausgangs, der eine Batterieleistungsfähigkeit angibt, basierend auf dem Eingang und vorherigen Batterieparametern, als Reaktion darauf, dass eine Änderungsrate einer Leistungskomponente kleiner als eine Untergrenze ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Steuerung des Weiteren gestaltet ist zum: Erstellen von Batterieschätzungen unter Verwendung eines Vorhersagefilters; Aktualisieren der vorliegenden Batterieparameter mit den Batterieschätzungen, als Reaktion darauf, dass eine Änderungsrate der Leistungskomponente größer als eine Obergrenze ist; und Umgehen der Batterieschätzungen und Bezugnehmen auf vorherige Batterieparameter als Reaktion darauf, dass die Änderungsrate der Leistungskomponente kleiner als eine Untergrenze ist, wobei die Obergrenze größer als die Untergrenze ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Steuerung des Weiteren gestaltet ist zum: Empfangen eines Eingangs, der eine Batteriespannung und einen Batteriestrom angibt; und Erzeugen des Ausgangs, der die Batterieleistungsfähigkeit angibt, basierend auf dem Eingang und den vorherigen Batterieparametern, als Reaktion darauf, dass ein Produkt der Batteriespannung und des Batteriestroms kleiner als eine Leistungsuntergrenze ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Steuerung des Weiteren gestaltet ist zum: Empfangen eines Eingangs, der eine Batteriespannung angibt; und Erzeugen des Ausgangs, der die Batterieleistungsfähigkeit angibt, basierend auf dem Eingang und den vorherigen Batterieparametern, als Reaktion darauf, dass ein absoluter Wert einer Änderungsrate der Batteriespannung kleiner als eine Batteriespannungsableitungsuntergrenze ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Steuerung des Weiteren gestaltet ist zum: Empfangen eines Eingangs, der einen Batteriestrom angibt; und Erzeugen des Ausgangs, der die Batterieleistungsfähigkeit angibt, basierend auf dem Eingang und den vorherigen Batterieparametern, als Reaktion darauf, dass ein absoluter Wert einer Änderungsrate des Batteriestroms kleiner als eine Batteriestromableitungsuntergrenze ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Steuerung des Weiteren gestaltet ist zum: Empfangen eines Eingangs, der einen Batteriestrom angibt; und Erzeugen des Ausgangs, der die Batterieleistungsfähigkeit angibt, basierend auf dem Eingang und den vorherigen Batterieparametern, als Reaktion darauf, dass ein absoluter Wert des Batteriestroms kleiner als eine Stromuntergrenze ist.
Fahrzeugsystem, aufweisend: eine Batterie zum Zuleiten von Leistung; und eine Steuerung, gestaltet zum: Empfangen eines ersten Eingangs, der eine erste Batterieleistung angibt; Empfangen eines zweiten Eingangs, der eine zweite Batterieleistung angibt; und Erzeugen eines Ausgangs, der eine Batterieleistungsfähigkeit angibt, basierend auf dem zweiten Eingang und vorherigen Batterieparametern, basierend auf dem ersten Eingang, als Reaktion darauf, dass eine Änderungsrate einer Komponente des zweiten Eingangs kleiner als eine Untergrenze ist.
Fahrzeugsystem nach Anspruch 7, wobei der zweite Eingang eine zweite Spannung und einen zweiten Strom enthält, und wobei die Steuerung des Weiteren gestaltet ist zum: Erzeugen des Ausgangs, der eine Batterieleistungsfähigkeit angibt, basierend auf dem zweiten Eingang und vorliegenden Batterieparametern, basierend auf dem zweiten Eingang, als Reaktion darauf, dass ein Produkt der zweiten Spannung und des zweiten Stroms größer als eine Leistungsobergrenze ist.
Fahrzeugsystem nach Anspruch 8, wobei die Steuerung des Weiteren gestaltet ist zum: Erzeugen des Ausgangs, der eine Batterieleistungsfähigkeit angibt, basierend auf dem zweiten Eingang und den vorliegenden Batterieparametern, als Reaktion darauf, dass ein absoluter Wert einer Änderungsrate der zweiten Spannung größer als eine Spannungsableitungsobergrenze ist.
Fahrzeugsystem nach Anspruch 9, wobei die Steuerung des Weiteren gestaltet ist zum: Erzeugen des Ausgangs, der eine Batterieleistungsfähigkeit angibt, basierend auf dem zweiten Eingang und den vorliegenden Batterieparametern, als Reaktion darauf, dass ein absoluter Wert einer Änderungsrate des zweiten Stroms größer als eine Stromableitungsobergrenze ist.